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秒びょう

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曖昧さ回避 この項目こうもくでは、時間じかんの単位たんいについて説明せつめいしています。角度かくどの単位たんいについては「秒びょう (角度かくど)」をご覧らんください。
びょう
秒びょう
仏ふつ seconde
英えい second
原子時計
原子げんし時計とけい
記号きごう s （sec, sec. などではない）
系けい 国際こくさい単位たんい系けい (SI)
種類しゅるい 基本きほん単位たんい
量りょう 時間じかん
定義ていぎ 秒びょう（記号きごうは s）は、時間じかんのSI単位たんいであり、セシウム周波数しゅうはすう ∆νにゅーCs、すなわち、セシウム133原子げんしの摂動せつどうを受うけない基底きてい状態じょうたいの超ちょう微細びさい構造こうぞう遷移せんい周波数しゅうはすうを単位たんい Hz（s-1 に等ひとしい）で表あらわしたときに、その数値すうちを9192631770 と定さだめることによって定義ていぎされる
由来ゆらい 平均へいきん太陽たいよう日び（LOD）の1/86400
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秒びょう（びょう、英えい: second, 仏ふつ: seconde 、記号きごう s）は、国際こくさい単位たんい系けい (SI) における時間じかんの単位たんいである。他たの量りょうとは関係かんけいせず完全かんぜんに独立どくりつして与あたえられる7つのSI基本きほん単位たんいの一ひとつである[1][2]。秒びょうの単位たんい記号きごうは、「s」であり、「sec」などとしてはならない（秒びょう#表記ひょうき）。

「秒びょう」は、歴史れきし的てきには地球ちきゅうの自転じてんの周期しゅうきの長ながさ、すなわち「一いち日にちの長ながさ」（LOD[3]）を基もとに定義ていぎされていた[4]。すなわち、LODを24分割ぶんかつした太陽たいよう時じを60分割ぶんかつして「分ぶん」、さらにこれを60分割ぶんかつして「秒びょう」が決きめられ、結果けっかとしてLODの86400分ぶんの1が「秒びょう」と定義ていぎされてきた。しかしながら、19世紀せいきから20世紀せいきにかけての天文学てんもんがく的てき観測かんそくから、LODには10−8程度ていどの変動へんどうがあることが判明はんめいし[5]、時間じかんの定義ていぎにはそぐわないと判断はんだんされた。そのため、地球ちきゅうの公転こうてん周期しゅうきに基もとづく定義ていぎを経へて、1967年ねんに、原子核げんしかくが持もつ普遍ふへん的てきな現象げんしょうを利用りようしたセシウム原子げんし時計とけいが秒びょうの定義ていぎとして採用さいようされた。

なお、1秒びょうは偶然ぐうぜんにも人間にんげんの標準ひょうじゅん的てきな心臓しんぞう拍はく動どうの間隔かんかくに近ちかい[5]。

定義ていぎ

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「秒びょう」は、2019年ねん5月がつ以降いこう、以下いかのように定義ていぎされている。

秒びょう（記号きごうは s）は、時間じかんの SI 単位たんいであり、セシウム周波数しゅうはすう ∆νにゅーCs、すなわち、セシウム 133 原子げんしの摂動せつどうを受うけない基底きてい状態じょうたいの超ちょう微細びさい構造こうぞう遷移せんい周波数しゅうはすうを単位たんい Hz（s−1 に等ひとしい）で表あらわしたときに、その数値すうちを 9192631770 と定さだめることによって定義ていぎされる[6][注ちゅう 1]。

この定義ていぎを受うけて、日本にっぽんの計量けいりょう法ほうにおいては「セシウム133の原子げんしの基底きてい状態じょうたいの二ふたつの超ちょう微細びさい準じゅん位いの間あいだの遷移せんいに対応たいおうする放射ほうしゃの周期しゅうきの9192631770倍ばいに等ひとしい時間じかん」（計量けいりょう単位たんい令れい別表べっぴょう第だい一いち第だい3項こう）と定義ていぎされている[7]。

表記ひょうき

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単位たんい記号きごう

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秒びょうの単位たんい記号きごうは、小文字こもんじ・立体りったいの「s」である[8]。しばしば「sec」や「sec.」と書かかれることがあるが、これらの表記ひょうきは国際こくさい単位たんい系けいおよび日本にっぽんの計量けいりょう法ほうでは認みとめられておらず、誤あやまりである[9][10]。

漢字かんじ表記ひょうき

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漢字かんじ「秒びょう」の本来ほんらいの意味いみは、小麦こむぎや稲いねなどの穂先ほさきの堅かたい毛けすなわち芒すすき（のぎ）のことである。そこから、わずかなもの、微細びさいなものの意味いみとなった[11]。『孫子まごこ算さん経けい』では、小数しょうすうの位取くらいどりに「秒びょう」を用もちい、「毛もう（毫）」の10分ぶんの1（すなわち0.0001、1万まん分ぶんの1）を「秒びょう」としている[12]。宋そう時代じだいにこの秒びょうは「糸いと」に置おき替かえられた。明あきら時代じだいに西洋せいようの時どき法ほうが伝つたわったとき、わずかな時間じかんである「second」に「秒びょう」の字じが宛あてられた。

歴史れきし

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「時計とけいの歴史れきし」も参照さんしょう

機械きかい時計とけい成立せいりつ以前いぜんの秒びょう

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古代こだいのバビロニアそして中国ちゅうごくでは、1日にちを12等分とうぶんする時とき間あいだを設もうけ、これを日時計ひどけいによる観測かんそくで確認かくにんをしていた[13]。また、少すくなくとも紀元前きげんぜん2000年ねん頃ごろにはエジプトでは1日にちを昼ひると夜よるに分わけ、それぞれを12の時間じかん単位たんいで区切くぎっていた[13]。これは不ふ定時ていじ法ほうと呼よばれ、季き節ぶしによる昼ひるや夜よるの長ながさ変動へんどうから、それら時間じかん単位たんいの実際じっさいの長ながさは一定いっていしていなかった。古代こだいギリシアのヒッパルコス（紀元前きげんぜん150年ねん前後ぜんこう）と古代こだいローマのクラウディオス・プトレマイオス（150年ねん前後ぜんこう）は、それぞれ1日にちを六ろく十進法じっしんほうで細分さいぶんし、平均へいきん化かされた1時間じかん（1日にちの24分割ぶんかつ）や、1時じ間あいだの単純たんじゅんな分数ぶんすう（1/4や2/3など）そして時間じかんの度合どあい（現代げんだいの「分ぶん」にも通つうじる1日にちの360分割ぶんかつ）などを用もちいたが、これらは現代げんだいの分ぶんや秒びょうとは異ことなっていた[14]。

六ろく十進法じっしんほうの定義ていぎによって分わけられる1日にちは 1/60のn乗じょうの時間じかん区分くぶんを設もうけていくことになるが、300年ねん頃ごろのバビロニアでは少すくなくとも(1/60)6までの分割ぶんかつ（2マイクロ秒びょうよりも短みじかい）を行おこなっていた。ただし、そのようなごく短みじかい時間じかん単位たんいを基準きじゅんに用もちいていた訳わけではなく、例たとえば1年ねんという時間じかんを細分さいぶん単位たんいで表あらわすような場合ばあいには1日にちの60分割ぶんかつ単位たんいを基礎きそとしていた。バビロニアでは1日にちを360分割ぶんかつした she という単位たんい（現代げんだいの4分ふんに相当そうとうする時間じかん）、これをさらに72分割ぶんかつした helek という単位たんい（現代げんだいの10/3秒びょうに相当そうとうする時間じかん、ユダヤ暦れきの「ヘレク」と同おなじ）を使つかっていた[15]。彼かれらはこれらの単位たんい時間じかんを正確せいかくに測定そくていを行おこなう手段しゅだんは持もっていなかったが、計算けいさんで、例たとえば1朔さく望月もちづきの平均へいきん時間じかんを六ろく十進法じっしんほうで29;31,50,8,20日はつか（≒29.5305941358 日にち）という値ねを得えていた。この計算けいさん方法ほうほうはヒッパルコスとプトレマイオスが使つかっていた方法ほうほうである。この「ヘレク」は1080分ぶんの1時じ間あいだであり[16]。ユダヤ暦れきでは、平均へいきん月がつを29日にちと12時じ間あいだ793ヘレク（英語えいご版ばん）（＝29日にちと12.734時じ間あいだ）とする。

西暦せいれき1000年ねん、ペルシア人じんの学者がくしゃアブー・ライハーン・アル・ビールーニーは、新月しんげつとなる週しゅうに、日曜日にちようびの正午しょうごを基準きじゅん点てんとした「日にち、時とき、分ぶん、秒びょう」さらに秒びょうより細こまかな2段階だんかいの区分くぶんを施ほどこした[17]。1267年ねんにはロジャー・ベーコンが、満月まんげつ日にちの正午しょうごを基準きじゅんに「時じ（horae）、分ぶん（minuta）、秒びょう（secunda）」さらに細こまかな tertia と quarta へ分わけた[18]。「秒びょう」を60分ぶんの1に細分さいぶんする用語ようごtertiaは、英語えいごではthirdとなり、現代げんだいのポーランド語ご「tercja」やトルコ語ご「salise」に残のこっているが、通常つうじょうは小数点しょうすうてん以下いか2桁けたで示しめされる。またこのthirdに相当そうとうする漢字かんじの単位たんい名称めいしょうは現代げんだいではまず用もちいられないが、中国ちゅうごく・日本にっぽんの西洋せいよう時じ法ほう伝来でんらい以降いこうの古こ文献ぶんけんでは「微ほろ」が用もちいられた。tertiaの下したのquartaは英語えいごではfourthとなり、中国ちゅうごく・日本にっぽんの古こ文献ぶんけんにおける漢字かんじ名称めいしょうとしては「繊」が用もちいられた。それより下したの六ろく十進法じっしんほうによる分割ぶんかつ単位たんいも存在そんざいするが、それについては六ろく十進法じっしんほう#単位たんいを参照さんしょうのこと。

現代げんだい英語えいごの「second」は、元々もともと「第だい二にの分ぶん」「次つぎの分ぶん」を意味いみする「second minute」と呼よんでいたことを由来ゆらいとする[11]。それに対たいして分ぶんのことは「第だい一いちの分ぶん」を意味いみする「prime minute」と呼よんでいた。すなわち、1時間じかんに対たいする第だい1の分割ぶんかつ、第だい2の分割ぶんかつという意味いみである。

秒びょう表示ひょうじを持もつ機械きかい時計とけい

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時計とけいが秒びょう単位たんいを表示ひょうじするようになった初期しょきの例れいは、16世紀せいき後半こうはんに現あらわれる。1560–1570年ねんのフレマースドルフ・コレクション[19]には、秒針びょうしんを持もつねじ式しき時計とけいがある[20][21]。同おなじ頃ごろ、タキ・アルジン（英語えいご版ばん）は5秒びょう刻きざみの表示ひょうじをする時計とけいを製作せいさくした[22][23]。1579年ねんにはヨスト・ビュルギがヴィルヘルム5世せいの依頼いらいを受うけ、秒びょうを示しめす時計とけいを作つくった[24]。1581年ねんにはティコ・ブラーエが天文台てんもんだいの時計とけいを改修かいしゅうした際さいに分ぶんと秒びょうの表示ひょうじを加くわえ、1587年ねんに彼かれは、この時計とけいは4秒びょうの狂くるいしか生しょうじなかったと述のべた[25]。

秒びょう表示ひょうじの正確せいかく性せいは、振ふり子こ時計とけいが発明はつめいされ、日時計ひどけいによる見みかけ時間じかんの表示ひょうじから平均へいきん時じを表あらわすことができるようになって向上こうじょうした。特とくに1670年ねんにビル・クレメント(William Clement)がクリスティアーン・ホイヘンスの時計とけいに秒びょう振ふり子こ（英語えいご版ばん）を加くわえた事ことが顕著けんちょに貢献こうけんした[26]。ロングケース・クロック（英語えいご版ばん）の秒びょう振ふり子こは一いち往復おうふくで2秒びょうを示しめし、片方かたがたからもう一方いっぽうへ振ふれる際さいに鳴なる機械きかい音おんが1秒びょう毎ごとの時間じかんを刻きざんだ。そして、精密せいみつ時計とけいの文字もじ盤ばんには1分間ふんかんで一周いっしゅうする秒針びょうしんが加くわえられるようになった。

日本にっぽんの法令ほうれいでは、1951年ねん（昭和しょうわ26年ねん）に制定せいていされた計量けいりょう法ほうで、時間じかんの計量けいりょう単位たんいとして秒びょうが定さだめられ、「秒びょうは、平均へいきん太陽たいよう日びの1/86400とし、東京とうきょう天文台てんもんだいが秒びょうとして決定けっていする時間じかんで現げん示しめせする」とされた[27]。当時とうじの東京とうきょう天文台てんもんだい（現げん国立こくりつ天文台てんもんだい）では、子こ午うま儀ぎによる恒星こうせいの観測かんそくで時ときを測定そくていし、測定そくてい結果けっかを外そと挿して標準ひょうじゅん時計とけいであるリーフラー振ふり子こ時計とけい[28]の歩度ほどを調整ちょうせいして保ほ時じしていたといわれる[29]。

地球ちきゅうの公転こうてん周期しゅうきに基もとづく秒びょう

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歴史れきし的てきには地球ちきゅうの自転じてん周期しゅうきすなわち一いち日にちの長ながさ（LOD）は一定いっていだと考かんがえられていた。ところが、クォーツ時計とけいの精度せいどが向上こうじょうすると、LODには潮汐ちょうせき力りょく[30][31]や季き節ぶし変動へんどう[32]による1ミリ秒びょうから2ミリ秒びょう程度ていどの変動へんどう、すなわち10−8日にち程度ていどの変動へんどうがあることが分わかってきた[33]。このため、LODを元もとにした定義ていぎでは、精度せいど上じょうの問題もんだいがあることが判明はんめいした。

LODの変化へんかには、海流かいりゅうや大気たいきの循環じゅんかん、さらに地球ちきゅうの核かくの流動りゅうどうなども影響えいきょうを及およぼしている。また、地震じしんの発生はっせいも潮汐ちょうせき力りょくによる変動へんどうの1000分ぶんの1程度ていどのわずかの自転じてん周期しゅうきの変動へんどうを起おこす[34]。

なお、LODが数すう年間ねんかんの期間きかん内ないに徐々じょじょに長ながくなっている（又または、地球ちきゅうの自転じてんが遅おそくなっている）ことが閏うるう秒びょうが設もうけられている理由りゆうであるということが広範こうはんに信しんじられているきらいがあるが、これは、誤解ごかいである。詳細しょうさいは閏うるう秒びょう挿入そうにゅうの理由りゆうについての間あいだ違ちがった理解りかい、地球ちきゅうの自転じてんを参照さんしょうのこと。

このLODの不安定ふあんてい性せいを受うけて、1954年ねんの第だい10回かい国際こくさい度量衡どりょうこう総会そうかい（CGPM）での決議けつぎに基もとづき、1956年ねんの国際こくさい度量衡どりょうこう委員いいん会かい（CIPM）において、秒びょうの定義ていぎを地球ちきゅう自転じてんよりも変動へんどうが少すくない公転こうてんに求もとめ[30]、「1900年ねんの年初ねんしょに近ちかい時ときで、太陽たいようの幾何きか学がく（章あきら動どうと光行みつゆき差さの影響えいきょうを除のぞいた）平均へいきん黄き経けいが 279度ど41分ぶん48.04秒びょう となる時刻じこくを基点きてんとして測はかり、この時刻じこくを暦こよみ表ひょう時じ1900年ねん1月がつ0日にちの12時じ（日本にっぽん標準時ひょうじゅんじで1899年ねん12月31日にち21時じ）と定義ていぎする。暦こよみ表ひょう秒びょうはこの時刻じこくから1太陽年たいようねんの 1/31556925.9747」と改あらためられた[11]。日本にっぽんの法令ほうれいでは、1958年ねん（昭和しょうわ33年ねん）に改正かいせいされた計量けいりょう法ほうで、「秒びょうは、明治めいじ32年ねん12月31日にち午後ごご9時じにおける地球ちきゅうの公転こうてんの平均へいきん角速度かくそくどに基もとづいて算定さんていした1太陽年たいようねんの1/31556925.9747として東京とうきょう天文台てんもんだいが現げん示しめせする」とされた[35]。当時とうじの東京とうきょう天文台てんもんだいでは、写真しゃしん天頂てんちょう筒とう（PZT）で時ときの計測けいそくを行おこない水晶すいしょう時計とけいで保ほ時じしていたといわれる[36]。暦こよみ表ひょう時じとは、ニュートン力学りきがくに基もとづき地球ちきゅうの公転こうてん周期しゅうきを元もとにして定さだめた時刻じこくである。このときに使用しようされたのは、18世紀せいきから19世紀せいきまでの天文てんもん観測かんそくに基もとづいて1900年ねん以降いこうの太陽たいようの運動うんどうを示しめす方程式ほうていしきを記述きじゅつした「ニューカムによる太陽たいようの見みかけの（光行みつゆき差さを考慮こうりょした）平均へいきん黄き経けい」であった[37]。この定義ていぎは1960年ねんの第だい11回かい国際こくさい度量衡どりょうこう総会そうかい (CGPM) で批准ひじゅんされた[38]。1900年ねんというのは、この年としにおける平均へいきん太陽たいよう日びが86400秒びょうになるという意味いみではなく、単たんに時間じかんを決きめるための基準きじゅん点てんとしてきりの良よい日付ひづけが選えらばれたに過すぎない。そのため、基準きじゅん値ちをもう一度いちど測定そくていしようとしても1900年ねんに遡さかのぼって行おこなうことは不可能ふかのうであり、再現さいげん性せいに課題かだいを抱かかえていた[32]。

原子げんし時計とけいによる秒びょう

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新あらたな定義ていぎは、アルカリ金属きんぞくであるセシウムを用もちいた原子げんし時計とけいによるものである[11]。セシウムは天然てんねんでは原子げんし量りょう133の元素げんそのみが存在そんざいし、かつその沸点ふってんは671℃と低ひくく、他たの元素げんそに比くらべて使つかいやすいために、原子げんし時計とけいに採用さいようされていた[11]。そのため、観測かんそくによってのみしか決定けっていできない地球ちきゅうの公転こうてんよりも、実験じっけん室しつで求もとめることが可能かのうな原子げんし時計とけいを直接ちょくせつ用もちいて秒びょうの定義ていぎを決きめることが効率こうりつ的てきと考かんがえられた[11]。これには、量子力学りょうしりきがくの原理げんりから、すべての133Cs原子げんしには個別こべつの差さが存在そんざいしないため、原理げんり的てきに同一どういつの定義ていぎが可能かのうという特色とくしょくもある[39]。

1955年ねん6月がつにイギリスの国立こくりつ物理ぶつり学がく研究所けんきゅうじょ (NPL) がセシウム原子げんし時計とけいを実用じつよう化かすると、いくつかの国家こっかは原子げんし時計とけいを導入どうにゅうし、時どき系けいの運用うんように使用しようし始はじめた[40]。まず、原子げんし時計とけいには誤差ごさの徹底的てっていてきな洗あらい出だしと対策たいさくが施ほどこされ[41]、そしてアメリカ海軍かいぐん天文台てんもんだい (USNO) のウィリアム・マーコウィッツ（英語えいご版ばん）とイギリス国立こくりつ物理ぶつり学がく研究所けんきゅうじょ（NPL）のルイ・エッセン（英語えいご版ばん）によってセシウム原子げんしの超ちょう微細びさい遷移せんい周波数しゅうはすうと暦こよみ表ひょう秒びょうとの関係かんけいが求もとめられた[37][42]。マーコウィッツとエッセンは、3年間ねんかんの共同きょうどう研究けんきゅうを経へて1秒びょうが9192631770周期しゅうきだという数値すうちを得えた。これは、1951年ねんにマーコウィッツが発明はつめいした星ほしと月つきの動うごきを同時どうじに追おえる月つき観測かんそく用ようカメラをUSNOが2台だい、大西おおにし洋ひろしを挟はさんで[43]並列へいれつで設置せっちし、月つきによる星ほし食しょくから、高こう精度せいどの暦こよみ表ひょう時じを確認かくにんすることで得えられた[44]。また、この観測かんそくでNPLは、アメリカ内陸ないりく部ぶコロラド州しゅうの標準ひょうじゅん電波でんぱ局きょく（英語えいご版ばん）短波たんぱ放送ほうそうによる識別しきべつ信号しんごうを使つかい、2台だいの原子げんし時計とけいの比較ひかく調整ちょうせいを行おこなった[43][44]。

1956年ねんに国際こくさい度量衡どりょうこう委員いいん会かい (CIPM) の下部かぶ機関きかんとして設置せっちされた、「秒びょうの定義ていぎに関かんする諮問しもん委員いいん会かい （CCDS、現げんCCTF）」第だい1回かい会議かいぎで、エッセンはセシウム原子げんし時計とけいと天文てんもん時じ系けいの比較ひかく結果けっかを報告ほうこくし、セシウム原子げんし周波数しゅうはすう標準ひょうじゅんを秒びょうの原器げんきにするよう強つよく主張しゅちょうした。しかしその会議かいぎでは、メートルの定義ていぎをメートル原器げんきからクリプトン原子げんし波長はちょうに置おき換かえた前例ぜんれいと同おなじように、10年間ねんかんぐらいは各種かくしゅ周波数しゅうはすう標準ひょうじゅんと比較ひかく研究けんきゅうする必要ひつようがあると結論けつろんされた[45][46]。

その後ご、1964年ねんには、第だい12回かい国際こくさい度量衡どりょうこう総会そうかい (CGPM) で高度こうどの時間じかん計測けいそくのために原子げんし的てき標準ひょうじゅんに到達とうたつする緊急きんきゅう性せいを認みとめ、CGPM決議けつぎ5による委任いにんに基もとづいてCIPMで時間じかんの物理ぶつり学がく的てき測定そくていのために暫定ざんてい的てきに用もちいるべき原子げんし又または分子ぶんしに基もとづく周波数しゅうはすう標準ひょうじゅんの指定していを行おこなった[47]。そして、40カ国かこくの代表だいひょうが参加さんかした1967年ねんの第だい13回かいCGPMにおいて、セシウム原子げんし時計とけいによるSIの秒びょうの定義ていぎが決定けっていされた[48][41]。日本にっぽんの法令ほうれいでは、1972年ねん（昭和しょうわ47年ねん）に改正かいせいされた計量けいりょう法ほうで、「秒びょうは、セシウム133の原子げんしの基底きてい状態じょうたいの二ふたつの超ちょう微細びさい準じゅん位いの間あいだの遷移せんいに対応たいおうする放射ほうしゃの周期しゅうきの9192631770倍ばいに等ひとしい時間じかんとして現げん示しめせする」とされ、秒びょうを東京とうきょう天文台てんもんだいが現げん示しめせする定さだめがなくなり、どの機関きかんが現げん示しめせするのかは明示めいじされなくなった[49]。さらに、1992年ねん（平成へいせい4年ねん）に旧きゅう計量けいりょう法ほうが全部ぜんぶ改訂かいていされ、新あらたな計量けいりょう法ほうの規定きていに基もとづく計量けいりょう単位たんい令れいにより、秒びょうは定義ていぎだけが示しめされ、国くにの機関きかんが秒びょうを現げん示しめせする定さだめはなくなった[50][7]。1997年ねんの国際こくさい度量衡どりょうこう局きょく (BIPM) の会議かいぎでは「秒びょうの定義ていぎは0 Kの下したで静止せいしした状態じょうたいにあるセシウム原子げんしに基準きじゅんを置おいている」という声明せいめいが出だされた[51]。しかし現実げんじつには、絶対ぜったい零れい度ど、止とまった原子げんし、そして外部がいぶからの電磁波でんじは等ひとしを全まったく排除はいじょした状態じょうたいを作つくり出だすことは事実じじつ上じょう不可能ふかのうであり、この理想りそう状況じょうきょうとの差異さいを評価ひょうかして補正ほせいを加くわえなければならない。これを自動じどうで行おこなう機器ききの例れいには、一いち次じ周波数しゅうはすう標準ひょうじゅん器きがある[30]。日本にっぽんでは、法令ほうれいで秒びょうを現げん示しめせする指定していがない状態じょうたいが継続けいぞくしていたが、2003年ねん（平成へいせい15年ねん）に、秒びょうの現げん示しめせに代かわって時間じかん（秒びょう）の逆数ぎゃくすうで表あらわされる周波数しゅうはすうについて、周波数しゅうはすう標準ひょうじゅん器きが経済けいざい産業さんぎょう大臣だいじんから特定とくてい標準ひょうじゅん器き[52]として指定していされた[53]。なお、国家こっか標準ひょうじゅん（特定とくてい標準ひょうじゅん器き）には、独立どくりつ行政ぎょうせい法人ほうじん情報じょうほう通信つうしん研究けんきゅう機構きこう（NICT）と独立どくりつ行政ぎょうせい法人ほうじん産業さんぎょう技術ぎじゅつ総合そうごう研究所けんきゅうじょ計量けいりょう標準ひょうじゅん総合そうごうセンター（NMIJ）の周波数しゅうはすう標準ひょうじゅん器き（原子げんし時計とけい）が指定していされている[54]。

この補則ほそくは SI 秒びょうの定義ていぎが、黒くろ体たい輻射ふくしゃにより摂動せつどうを受うけないセシウム原子げんしに基もとづいていることを明確めいかくにしている。すなわち、周囲しゅうい環境かんきょうが熱ねつ力学りきがく的てき温度おんどで0 K である。

新あたらしい定義ていぎへの模索もさく

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もっと精度せいどの高たかい定義ていぎとして、現行げんこうのマイクロ波はによる定義ていぎから光ひかりに基もとづく定義ていぎに変更へんこうする研究けんきゅうが進すすんでいる。その候補こうほとしては光ひかり格子こうし時計とけいなどが研究けんきゅうされており、国際こくさい度量衡どりょうこう局きょくは、「秒びょうの二に次じ表現ひょうげん」（秒びょうの新あたらしい定義ていぎの候補こうほ）として、9種類しゅるい[55]を採択さいたくしている[56]。光ひかり格子こうし時計とけいとしては、ストロンチウム格子こうし時計とけいとイッテルビウム格子こうし時計とけい[57]の2つがある。

これの研究けんきゅうの進展しんてんにより、10−18程度ていどの精度せいどを持もつ時計とけいが実現じつげんされようとしており[58]、これをもとに、2026年ねん（第だい28回かい国際こくさい度量衡どりょうこう総会そうかいが開催かいさい）か2030年ねん（第だい29回かい国際こくさい度量衡どりょうこう総会そうかいが開催かいさい）を目途もくとに、新あたらしい秒びょうの定義ていぎが採択さいたくされる見込みこみである[59][60][61][62][63]。

定義ていぎ採択さいたくの条件じょうけんとしては、次つぎの5つが挙あげられている[62][64]。

  1. ～10−18 の相対そうたい不確ふたしかさの光ひかり時計とけいが3つ以上いじょう出現しゅつげんすること。
  2. 3つ以上いじょうの異ことなる研究所けんきゅうじょにおいて～10−18 の相対そうたい不確ふたしかさで，光ひかり時計とけいの同等どうとう性せいを確認かくにんできること。
  3. 原子はらこ泉いずみ方式ほうしきセシウム1次じ周波数しゅうはすう標準ひょうじゅん器きとの比較ひかくにおいて，3×10−16 以下いかの相対そうたい不確ふたしかさで，周波数しゅうはすうが決定けっていできること。
  4. 異ことなる光ひかり時計とけいの周波数しゅうはすう比ひが2つ以上いじょうの研究けんきゅう機関きかんで 5×10−18 以下いかの相対そうたい不確ふたしかさで測定そくていされること。そして，このような周波数しゅうはすう比ひの測定そくていの実績じっせきが5つ以上いじょうになること。
  5. 国際こくさい原子げんし時じ (TAI) への定期ていき的てきな貢献こうけんが可能かのうになること。

定義ていぎの変遷へんせん

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秒びょうの定義ていぎと不確ふたしかさの変遷へんせん
年とし 定義ていぎ内容ないよう 相対そうたい的てきな不ふ確かくかさ
‐ 平均へいきん太陽たいよう日び（LOD）の1/86400 (=1/(24*60*60) )[32] 10−8[65]
1960年ねん 1900年ねん1月がつ0日にち12時じから1太陽年たいようねんの1/31556925.9747[32]
（1956年ねんCGPM） 		10−10[65]
1967年ねん 2つの基底きてい状態じょうたいセシウム133超ちょう微細びさい準じゅん位い間あいだの遷移せんいに対応たいおうする
放射ほうしゃ周期しゅうきの9192631770倍ばいに等ひとしい時間じかん（第だい13回かいCGPM） 		10−10[66]
1997年ねん 0 Kにおける静止せいししたセシウム原子げんしの時計とけい
（1997年ねんCIPM） 		10−12[66]
（参考さんこう） 可視かし光こう領域りょういきの遷移せんいを利用りようする原子げんし時計とけいなど 10−14[66] – 10−16[65]
2026年ねんに提案ていあんし2030年ねんに採択さいたくの見込みこみ[67][59] 光ひかり格子こうし時計とけい 10−18[62]

倍量ばいりょう・分量ぶんりょう単位たんい

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秒びょう (s) の倍量ばいりょう・分量ぶんりょう単位たんい
分量ぶんりょう 倍量ばいりょう
値ね 記号きごう 名称めいしょう 値ね 記号きごう 名称めいしょう
10−1 s ds デシ秒びょう 101 s das デカ秒びょう
10−2 s cs センチ秒びょう 102 s hs ヘクト秒びょう
10−3 s ms ミリ秒びょう 103 s ks キロ秒びょう
10−6 s µs マイクロ秒びょう 106 s Ms メガ秒びょう
10−9 s ns ナノ秒びょう 109 s Gs ギガ秒びょう
10−12 s ps ピコ秒びょう 1012 s Ts テラ秒びょう
10−15 s fs フェムト秒びょう 1015 s Ps ペタ秒びょう
10−18 s as アト秒びょう 1018 s Es エクサ秒びょう
10−21 s zs ゼプト秒びょう 1021 s Zs ゼタ秒びょう
10−24 s ys ヨクト秒びょう 1024 s Ys ヨタ秒びょう
10−27 s rs ロント秒びょう 1027 s Rs ロナ秒びょう
10−30 s qs クエクト秒びょう 1030 s Qs クエタ秒びょう
よく使つかわれる単位たんいを太字ふとじで示しめす

他たの多おおくのSI単位たんいと同様どうよう、倍量ばいりょう単位たんい・分量ぶんりょう単位たんいとしてSI接頭せっとう語ごを秒びょうに付つけることができる[68]。秒びょうの倍量ばいりょう単位たんいは、規定きてい上じょうはキロ秒びょう、メガ秒びょうなどもありうるが、通常つうじょうは、非ひSI単位たんいである分ぶん・時とき・日ひ・週しゅう・月つき・年とし・世紀せいきなどの慣用かんようの単位たんいが使つかわれるため、SI接頭せっとう語ごつきの単位たんいはほとんど用もちいられない。

  • 1 min（分ぶん）= 60 s
  • 1 h（時じ）= 60 min = 3600 s = 3.6 ks
  • 1 d（日ひ）= 24 h = 86400 s = 86.4 ks

上記じょうきの3つの単位たんいは、国際こくさい単位たんい系けい(SI)の公式こうしき文書ぶんしょ[69]に記載きさいがある「SI単位たんいと併用へいようできる非ひSI単位たんい」である（SI併用へいよう単位たんい#SI併用へいよう単位たんい）。 なお、平均へいきん太陽たいよう日び（LOD）は観測かんそくによって決きまるものであり、単位たんいとしての日ひ（d）（= 正確せいかくに 86400 s）とは、ずれがあることに注意ちゅうい（詳細しょうさいは、地球ちきゅうの自転じてん、閏うるう秒びょうを参照さんしょう）。

以下いかの単位たんいは、国際こくさい単位たんい系けい(SI)では定義ていぎされていない。年としと世紀せいきは、天文学てんもんがくでは通常つうじょう、ユリウス年ねんとユリウス世紀せいきを用もちいる。定義ていぎは国際こくさい天文学てんもんがく連合れんごうによる[70]。

  • 週しゅう = 7日にち = 604800 s = 604.8 ks
  • 月つき = 28日にち、29日にち、30日にち、又または31日にち
  • ユリウス年ねん （単位たんい：a）= 365.25日にち = 31557600 s = 31.5576 Ms
  • ユリウス世紀せいき（単位たんい：T）= 100 ユリウス年ねん = 36 525日にち = 3155760000 s = 3.15576 Gs

逆ぎゃくに1秒びょうは慣用かんようの単位たんいでは以下いかのように表あらわされる（全すべて、6桁けた目めを四捨五入ししゃごにゅうしている）。

  • 1秒びょう = 1.6667×10−2 min
  • 1秒びょう = 2.7778×10−4 h
  • 1秒びょう = 1.1574×10−5 d
  • 1秒びょう = 1.6534×10−6 週しゅう
  • 1秒びょう = 3.1688×10−8 ユリウス年ねん
  • 1秒びょう = 3.1688×10−10 ユリウス世紀せいき

分量ぶんりょう単位たんいには以下いかのものがある。

分量ぶんりょう単位たんい 記号きごう 時間じかん 備考びこう
ミリ秒びょう ms 10−3秒びょう
1000分ぶんの1秒びょう
マイクロ秒びょう μみゅーs 10−6秒びょう
100万まん分ぶんの1秒びょう
  • 原子げんしの反はん応おうや化学かがく反応はんのうのような、通常つうじょうわずかな時間じかんで起おこるような現象げんしょうの時間じかんの計測けいそくによく用もちいられる。
ナノ秒びょう ns 10−9秒びょう
10億おく分ぶんの1秒びょう
  • 日常にちじょう生活せいかつに登場とうじょうすることはまずない。技術ぎじゅつ的てきな場面ばめんでは、コンピュータ、電気でんき通信つうしん、パルスレーザーといくつかの電子でんし機器ききでよく使つかわれる単位たんいである。
  • 光こうは1ナノ秒びょう間あいだに真空しんくう中ちゅうを正確せいかくに 299.792458 mm 進すすむ。しかし、真空しんくう以外いがいの空間くうかん中ちゅうではそれよりも遅おそくなり、それは屈折くっせつ率りつ n（1以上いじょう）によって示しめされる。空気くうき (n = 1.000292) 中ちゅうでは光こうは1ナノ秒びょう間あいだに約やく 298.9 mm 進すすむが、水みず (n = 1.33) の中なかでは約やく 225.4 mm になる。
ピコ秒びょう ps 10−12秒びょう
1兆ちょう分ぶんの1秒びょう
フェムト秒びょう fs 10−15秒びょう
1000兆ちょう分ぶんの1秒びょう
アト秒びょう as 10−18秒びょう
100京きょう分ぶんの1秒びょう
  • 現在げんざい、計測けいそくすることのできる最もっとも短みじかい時間じかん（2004年ねん2月がつ現在げんざい）は100アト秒びょうである[71]。
ゼプト秒びょう zs 10−21秒びょう
10垓分の1秒びょう
ヨクト秒びょう ys 10−24秒びょう
1𥝱分ぶんの1秒びょう
ロント秒びょう rs 10−27秒びょう
1000𥝱分ぶんの1秒びょう
クエクト秒びょう qs 10−30秒びょう
100穣みのる分ぶんの1秒びょう

国際こくさい原子げんし時じと閏うるう秒びょう

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詳細しょうさいは「国際こくさい原子げんし時じ」、「協定きょうてい世界せかい時じ」、および「閏うるう秒びょう」を参照さんしょう

原子げんし時計とけいで定義ていぎされた秒びょうを基礎きそに置おいた時刻じこく、正確せいかくには世界中せかいじゅうにある300台だい以上いじょうの原子げんし時計とけいが算出さんしゅつする平均へいきんによって決きめられる時とき系けいがあり、これを国際こくさい原子げんし時じ (TAI) と呼よび、1958年ねん1月がつ1日にち0時じに世界せかい時じ (UT) に合あわせて開始かいししている[72]。ところで、地球ちきゅうの自転じてんに基もとづく世界せかい時じ (UT) は、地球ちきゅうの自転じてんの角速度かくそくどの変動へんどうにより、国際こくさい原子げんし時じ (TAI) との間あいだにズレが生しょうじる[注ちゅう 2]。日常にちじょう生活せいかつに使用しようされる時刻じこくの基礎きそである協定きょうてい世界せかい時じ (UTC) は1972年ねん以後いご、原子げんし時計とけいに基もとづく国際こくさい原子げんし時じ (TAI) と全まったく同おなじ歩度ほど（秒びょう間隔かんかく）を維持いじしながら、正午しょうご近ちかくに太陽たいようが正中せいちゅうに来くるように時刻じこくを設定せっていするため、協定きょうてい世界せかい時じ (UTC) と世界せかい時じの UT1 との差さが0.9秒びょうを超こえないようにする、閏うるう秒びょう調整ちょうせいを行おこなっている[72]。

1961年ねんから1971年ねんまでは標準ひょうじゅん周波数しゅうはすうのオフセットと時刻じこくのステップ調整ちょうせいで世界せかい時じの UT2 に近似きんじしていた（旧きゅう協定きょうてい世界せかい時じ）。1972年ねんからはこのステップ調整ちょうせいは廃止はいしされることになり、代かわりに協定きょうてい世界せかい時じ (UTC) と国際こくさい原子げんし時じ (TAI) との差さを整数せいすう秒びょうとなるように調整ちょうせいすることとなった。この制度せいど変更へんこうを受うけて1972年ねん1月がつ1日にち0時じの協定きょうてい世界せかい時じ (UTC) と国際こくさい原子げんし時じ (TAI) との差さが正確せいかくに10秒びょう（協定きょうてい世界せかい時じ (UTC) が国際こくさい原子げんし時じ (TAI) から10秒びょう遅おくれ）となるように調整ちょうせい（特別とくべつ調整ちょうせいという）された。同時どうじに、それ以降いこうの協定きょうてい世界せかい時じ (UTC) と国際こくさい原子げんし時じ (TAI)との歩度ほどを調整ちょうせいする方法ほうほうは、閏うるう秒びょうを適宜てきぎ加くわえるか除のぞくやり方かたに改あらためられた(詳細しょうさいは、閏うるう秒びょうの項こうを参照さんしょう)。

1972年ねん以降いこうの閏うるう秒びょうの調整ちょうせいは、すべて閏うるう秒びょう1秒びょうを加くわえる操作そうさであって、2017年ねんまでにこれが27回かい実施じっしされた。結果けっか、特別とくべつ調整ちょうせい（10秒びょう）を加くわえると協定きょうてい世界せかい時じと国際こくさい原子げんし時じとの差異さいは2017年ねん段階だんかいで37秒びょうとなっている[72]。

固有こゆう時じと座標ざひょう時じ

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一般いっぱん相対性理論そうたいせいりろんによれば、狂くるいのない理想りそう的てきな時計とけいであっても、それが刻きざむ時刻じこくは、その時計とけいが過去かこに、どのような重力じゅうりょく場じょうのなかをどのような運動うんどうをしたか、によって変かわってくる。このような時刻じこくを「固有こゆう時じ」と呼よぶ。これに対たいして、共通きょうつうの基準きじゅんとなる目盛めもりのついた時間じかんと空間くうかんを「基準きじゅん座標ざひょう系けい」と呼よび、このうちの時間じかん座標ざひょうを「座標ざひょう時じ」と呼よぶことがある[73]。地球ちきゅう上うえの時計とけいの固有こゆう時じは、主おもに太陽たいよう、地球ちきゅう自体じたい、月つき、諸もろ惑星わくせいの重力じゅうりょくポテンシャルの影響えいきょう下かにあるものと考かんがえてよい。時計とけいのある場所ばしょが、これらの天体てんたいに対たいして位置いちを変かえるので、このポテンシャルの影響えいきょうは一定いってい量りょうと変化へんか量りょうの合成ごうせいとなる。この変化へんか量りょうの最大さいだいのものは太陽たいようのポテンシャルの変化へんかによるもので、地球ちきゅう軌道きどうが楕円だえんであるため太陽たいようからの距離きょりが年とし周しゅう変化へんかすることで生しょうじ、地球ちきゅう上じょうの時計とけいが一斉いっせいに全ぜん振幅しんぷく 6.6×10−10 の年とし周しゅう変化へんかをすることになる。これを時計とけい面めんでみると秒びょうの長ながさの変化へんかが積算せきさんされるので、全ぜん振幅しんぷく 3.3 ms の年とし周しゅう変化へんかを示しめすことになる。なお、変化へんかとは、一切いっさいの重力じゅうりょくポテンシャルの影響えいきょうから全まったく離はなれた場所ばしょの座標ざひょう時じに比較ひかくして測はかられる量りょうを言いう。また、地球ちきゅうポテンシャルの影響えいきょうとして、時計とけいの置おかれている場所ばしょの標高ひょうこう（ジオイドからの高たかさ）の違ちがいに対応たいおうして、1 km当あたり1.1×10−13の歩度ほど差さが生しょうじる[74]。

1967年ねんに国際こくさい度量衡どりょうこう委員いいん会かい (CIPM) の下部かぶ機関きかんである秒びょうの定義ていぎに関かんする諮問しもん委員いいん会かい （CCDS、現げんCCTF）で、原子げんし標準ひょうじゅんによる秒びょうの再さい定義ていぎが具体ぐたい的てきに提案ていあんされ始はじめると、時間じかん、周波数しゅうはすう分野ぶんやでの相対そうたい性せい論ろん効果こうかの取扱とりあつかいについて、国際こくさい的てきかつ公式こうしきに討議とうぎされるようになる。この時ときの議論ぎろんでは、例たとえば日本にっぽんの代表だいひょうからは「セシウム遷移せんい観測かんそくにあたり、特定とくていの場所ばしょの指定していを行おこなえば、秒びょうの定義ていぎはその場所ばしょの固有こゆう時じになる」、「観測かんそく対象たいしょうが適当てきとうな大おおきさの実験じっけん室しつ内ないに限かぎられた物理ぶつり測定そくていでは固有こゆう時じの採用さいようで必要ひつようかつ十分じゅうぶんであるが、対象たいしょうが実験じっけん室外しつがいにある場合ばあいは一般いっぱん相対そうたい論ろんの補正ほせいを必要ひつようとする」、「地球ちきゅう上じょう又またはその近傍きんぼうにある原子げんし時計とけいは、天体てんたいに由来ゆらいする引力いんりょくポテンシャルの影響えいきょうを受うける」、また、「遠隔えんかくの原子げんし時計とけいの相互そうご比較ひかくのために必要ひつよう欠かくべからざる補正ほせいは現在げんざい直ただちに用もちいられる形かたちでは準備じゅんびされていないと思おもわれる」などの意見いけんがあった[75]。

このような国際こくさい的てき討議とうぎの結果けっか、秒びょうの定義ていぎには特定とくていの場所ばしょは指定していしないことになった。これは、物理ぶつり法則ほうそくを求もとめるための実験じっけん室しつ内ないの一般いっぱん計測けいそくでは、その場所ばしょの固有こゆう時じを用もちいれば必要ひつようかつ十分じゅうぶんであるということを基礎きそとしたもので、必要ひつようがあれば相対性理論そうたいせいりろんによる補正ほせいを行おこなえばよいという考かんがえ方かたである。 しかし、セシウム原子げんしの遷移せんい周波数しゅうはすうで定さだめた秒びょう間隔かんかくを積算せきさんする原子げんし時じや周波数しゅうはすう標準ひょうじゅんについて、各国かっこくの標準ひょうじゅん研究所けんきゅうじょ間あいだで相互そうご比較ひかくをしたり、世界せかい的てきな統一とういつ基準きじゅんを確立かくりつしようとすると固有こゆう時じのみの考かんがえ方かたでは不十分ふじゅうぶんとなり、座標ざひょう時じ的てきな概念がいねんの導入どうにゅうが必要ひつようとなる[75]。

このため、国際こくさい原子げんし時じ (TAI) について、1980年ねんに秒びょうの定義ていぎに関かんする諮問しもん委員いいん会かい（CCDS、現げんCCTF）第だい9回かい会合かいごうでは国際こくさい原子げんし時じ (TAI) は座標ざひょう時じなのか、基準きじゅん系けい、座標ざひょう変換へんかんに必要ひつようなモデルなどについて議論ぎろんされた。その結果けっか「TAI は、回転かいてんするジオイド上じょうで実現じつげんされる SI の秒びょうを目盛めもりの単位たんいとした, 地ち心こころ座標ざひょう系けいで定義ていぎされる座標ざひょう時じの目盛めもりである」と声明せいめいを発表はっぴょうしている[76]。また、「現状げんじょうでは、一般いっぱん相対性理論そうたいせいりろんの一いち次じ補正ほせい（地球ちきゅうの重力じゅうりょくポテンシャルの差さ、速度そくどの差さおよび地球ちきゅうの自転じてんに対たいする補正ほせい）を行おこなうことによってジオイド近傍きんぼうのいかなる固定こてい点てんあるいは移動いどう点てんにも十分じゅうぶんな精度せいどで TAI を拡大かくだいすることができる」とされる[75]。

符号ふごう位置いち

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記号きごう Unicode JIS X 0213 文字もじ参照さんしょう 名称めいしょう
㎰ U+33B0 - ㎰
㎰		 ピコ秒びょう
㎱ U+33B1 - ㎱
㎱		 ナノ秒びょう
㎲ U+33B2 - ㎲
㎲		 マイクロ秒びょう
㎳ U+33B3 - ㎳
㎳		 ミリ秒びょう

Unicodeには、秒びょうの分量ぶんりょう単位たんいを表あらわす上記じょうきの文字もじが収録しゅうろくされている。これらはCJK互換ごかん用よう文字もじであり、既存きそんの文字もじコードに対たいする後方こうほう互換ごかん性せいのために収録しゅうろくされているものであるので、使用しようは推奨すいしょうされない[77][78]。

脚注きゃくちゅう

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[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]

注ちゅう

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  1. ^ 国際こくさい単位たんい系けいにおける正式せいしきの言語げんごはフランス語ふらんすごである。ここでの定義ていぎは英語えいご及およびこれを日本語にほんごに翻訳ほんやくしたものである。正式せいしきな本文ほんぶんの確認かくにんが必要ひつような場合ばあい又または文章ぶんしょうの解釈かいしゃくに疑義ぎぎがある場合ばあいはフランス語ふらんすご版ばんを確認かくにんする必要ひつようがある。
  2. ^ 「地球ちきゅうの自転じてんが遅おそくなっている」といった表現ひょうげんがこの説明せつめいにおいて文献ぶんけんでもしばしば見みられる。しかし、地球ちきゅうと月つきとの相互そうご作用さようによって、月つきが「潮汐ちょうせき加速かそく」され地球ちきゅうの自転じてんが「潮汐ちょうせき減速げんそく」されている、という現象げんしょうは事実じじつではあるが相当そうとうに長期ちょうき的てきな現象げんしょうで、短期たんき的てきと言いえるこれまでの人類じんるいによる観測かんそくにおいて見みられる変動へんどうはそれよりもずっと大おおきく、潮汐ちょうせき減速げんそくはその主おもな要因よういんではない。たとえばNICTによる解説かいせつ（国際こくさい原子げんし時じ・協定きょうてい世界せかい時じとうるう秒びょう）から以下いかに引用いんようするが、「地球ちきゅうの自転じてんが遅おそくなっているため」といったようには説明せつめいしていない。 ■協定きょうてい世界せかい時じ（UTC ）とうるう秒びょう調整ちょうせい、「地球ちきゅうの自転じてん速度そくどは、潮汐ちょうせき摩擦まさつなどの影響えいきょうによって変化へんかするため、世界せかい時じ（UT）と協定きょうてい世界せかい時じ（UTC）との間あいだには差さが生しょうじます。そこで、協定きょうてい世界せかい時じ (UTC) に1秒びょうを挿入そうにゅう・削除さくじょして世界せかい時じUT1との差さが0.9秒びょう以上いじょうにならないように調整ちょうせいしています。」

出典しゅってん

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参考さんこう文献ぶんけん

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関連かんれん項目こうもく

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外部がいぶリンク

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主要しゅよう概念がいねん
単位たんいと規格きかく
クロノメトリー（英語えいご版ばん）
単位たんい系けい
暦こよみ
時計とけい
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哲学てつがく
人間にんげんの経験けいけんと
時間じかんの利用りよう
分野ぶんや別べつの時間じかん
地質ちしつ学がく
物理ぶつり学がく
その他たの分野ぶんや
関連かんれん項目こうもく
国際こくさい規格きかく
過去かこの規格きかく
物理ぶつり学がく
時計とけい学がく
暦こよみ
考古学こうこがくと地質ちしつ学がく
天文てんもん年代ねんだい学がく
時間じかんの単位たんい
関連かんれん記事きじ
時間じかんの単位たんい

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キロ秒びょうより大おおきい単位たんいは、すべて1000倍ばいずつしていき、最初さいしょの文字もじが大文字おおもじになる。逆ぎゃくにミリ秒びょうより小ちいさい単位たんいは1000分ぶんの1ずつしていく。

基本きほん単位たんい
国際単位系（SI単位系）の各単位の相互関係図
組立くみたて単位たんい
併用へいよう単位たんい
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